建筑玻璃选用

1谈谈建筑玻璃的选用技巧罗振宇1，龙小兵21.广东省电力设计研究院，广东广州5106632.湖南省电力勘测设计院，湖南长沙410007摘要：本文对现有各类玻璃品种、特性进行了研究，介绍建筑师如何根据建筑围护结构以及构件的功能需求选用玻璃的技巧，使其以最优的指标满足建筑采光、建筑节能、隔声防噪、防火、结构功能等要求。关键词：玻璃；指标；选用方法ExploretheGlassSelectionTechniquesLUOZhen-Yu1,LONGXiao-Bing21.GuangdongElectricPowerDesignInstitute,Guangzhou510663,China2.HunanElectricPowerDesignInstitute,Changsha410007，ChinaAbstract:Thispaperstudiestheexistingvarietiesofvarioustypesofglassandglassproperties.Describedhowtochoosingglassbyarchitects.Buildingenvelopeaccordingtothefunctionalrequirementsandcomponentconsiderations,tooptimallymeettargetsarchitecturallighting,energysaving,noisecanceling,fire,structureandfunctionrequirements.Keywords:glass；index；methodofselection引言：玻璃使用在建筑上的主要功能满足人们的采光、近距离观察功能的同时又可以遮风挡雨，保温隔热、隔噪声等功能。为要玻璃满足不同功能要求，人们研发出各类特性的玻璃，下文就简单介绍一下玻璃的品种和特性。1.玻璃分类及特性在建筑物使用的玻璃按使用功能及特性我认为基本可分为以下三类：1)结构功能要求的玻璃：作为屋面、楼板、雨篷、栏板使用，需要承受各类荷载作用，满足结构使用安全、变形的需要，还有些特别用途如防弹、防破坏（文物、贵重金属展柜）的安全玻璃根据结构和制作特性也可以划为此类。这类玻璃一般为夹膜（胶）玻璃，通过两层玻璃夹一层PVB或3层玻璃夹两层PVB胶片。22)建筑围护、遮风挡雨、建筑热工等功能要求的玻璃：作为满足围护结构要求的隔热、保温、遮阳功能及技术指标，此类玻璃品种通常有普通单片平板玻璃、中空玻璃、真空玻璃、Low-E低辐射镀膜玻璃、阳光控制镀膜玻璃。3)其它特殊功能要求的玻璃：如建筑装饰玻璃、防视线干扰玻璃、隔音玻璃、防弹玻璃、防火玻璃等。2.结构用玻璃的种类及技术满足结构功能玻璃是指玻璃强度满足结构在正常使用、地震作用等自然灾害情况作用下保持完整。这类玻璃通常选用夹膜（胶）玻璃，在结构上的支承方式有点支、边支方式，边支承又可以分为四边支承、三边支承、对边支承和悬臂（如全玻璃栏杆）结构。结构用夹膜（层）玻璃一般采用钢化或半钢化玻璃，是在两层或三层玻璃之间夹PVB胶片经加热加压而成，而PVB胶片的厚度通常有0.38、0.76、1.52mm。用做夹膜玻璃的常用单片玻璃的厚度有3mm、4mm、5mm、6mm、8mm，对于2夹1的玻璃通常是两块等厚且玻璃种类应该相同，不能一面采用全钢化而另一面用半钢化或普通平板玻璃，因为现在的玻璃设计和施工都是按对称面考虑，否则施工过程容易出现安全事故。用在结构上的夹膜（层）玻璃为什么不采用普通非钢化平板玻璃呢？主要是强度指标不经济，通常钢化玻璃的强度是半钢化玻璃的1.5倍、是普通玻璃的3倍以上且其韧性较平板玻璃有极大的增强，抗冲击强度是平板玻璃的4～5倍，因此结构夹膜玻璃通常采用全钢化玻璃，具有自重轻、承载力高和耐撞击特点。3玻夹2胶的玻璃通常是特种结构使用的玻璃，主要用在特大型结构、防撞结构、防弹防爆要求，有专门的计算方法进行设计。夹胶的玻璃用作墙面的玻璃和用作屋面、楼面的玻璃特性和材质可以相同，但设计采用的强度指标是不同的。玻璃强度指标分为短期荷载作用强度设计值（常用于栏杆、墙面、门窗等）和常期荷载作用强度设计值（常用于楼面、屋面、水下观赏容器等）。强度指标见下表2-1,表2-2（摘自JGJll3—2009《建筑玻璃应用技术规程》）表2-1.短期荷载下玻璃强度设计值fg(N/mm²)种类厚度（mm）中部强度边缘强度端面强度平板玻璃5-1228222015-19241917≥20201614半钢化玻璃5-1256444015-19483834≥20403228钢化玻璃5-1284675915-19725851≥20594742内容来源：摘自JGJll3—2009《建筑玻璃应用技术规程》表2-2.长期荷载下玻璃强度设计值fg(N/mm²)种类厚度（mm）中部强度边缘强度端面强度平板玻璃5-1297615-19765≥206543半钢化玻璃5-1228222015-19241917≥20201614钢化玻璃5-1242343015-19362926≥20302421内容来源：摘自JGJll3—2009《建筑玻璃应用技术规程》墙和屋面的区分界线标准根据行业标准JGJ102-2003《玻璃幕墙应用技术规程》定义有垂直幕墙和倾角在750～1150之间的斜幕墙，与水平面夹角小于750的幕墙应按屋面标准设计（屋面的设计荷载定义、材料强度指标、防雷标做法要求均不同于定义为幕墙的围护结构），设计人员在工程实践中（特别是审查幕墙图纸时）应该注意此类问题。表2-3.幕墙建筑防雷系统常见节点间距（m）建筑物防雷分类屋面接闪器网格尺寸（≤）立面30m及以上水平接闪带垂直间距（≤）等电位连接环垂直间距Dh（≤）接地线水平间距Dw（≤）第一类5*56*461212建筑每柱或角柱与每隔1柱第二类10*1012*8-3层18角柱与每隔1柱第三类20*2024*16-3层25角柱与每隔2柱内容来源：摘自JGJ102-2003《玻璃幕墙应用技术规程》满足结构功能玻璃还应进行均质处理，消除玻璃的内应力，当平板玻璃、着色玻璃、镀膜玻璃、压花玻璃和夹丝玻璃明框安装且位于向阳面时应进行热应力计算（称为防炸裂设计），验算温度应力对玻璃的影响，计算方法详见《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113–2009第6节内容，而半钢化玻璃和钢化玻璃可不进行热应力（防炸裂）计算。3.建筑节能方面玻璃的特性指标介绍建筑用玻璃在满足采光、视线观赏前提下满足使用过程的节能特性是玻璃技术研究的核心内容。影响建筑节能的指标主要是玻璃的热阻、遮阳系数、热反射系数、辐射系数等。3.1普通白玻普通玻璃的传热系数指标是固定的，钢化玻璃与普通玻璃不同，普通平板玻璃是导热系数λ=0.76W/（m*k），钢化玻璃导热系数λ=0.52W/（m*k），因此一般单层窗使用5～6mm厚玻璃时，窗的传热系数约为K=6.7W/（㎡*k），对于普通窗一般节能规范通常取K=6W/（㎡*k），实际起主要作用的是玻璃两侧的空气换热阻，在玻璃之间增加一个距离为6～12mm的封闭空气间层，传热系数减为K=2.8～3.6W/（㎡*k），规范常取K=3.0W/（㎡*k）。可以看出增加一层12mm空气间层窗的传热系数可以降低一半。真空玻璃我们接触不多，它和中空玻璃构造完全不同，中空玻璃间距较大（6～12mm），四周密封是采用金属框加树脂密封胶，金属框空心带有微孔，内置干燥剂，保证玻璃内不会出现结露（国家标准规定中空玻璃内部结露温度≤-400）。真空玻璃两片间距只有0.1～0.2mm,两片玻璃收到大气压力作用，玻璃四周和中间设的等距离支点采用热熔方式密封以平衡单块玻璃压力。一块3+0.1+3的真空玻璃热阻R=0.1885（㎡*k）/W，传热系数K=2.9W/（㎡*k）。因此一块总厚度为6mm厚真空玻璃的传热系数与一块5+12+5mm相当，真空玻璃可以使用普通型材框料。有关建筑门窗热工的准确计算方法在《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》JGJ/T151-2008中有详细描述。4玻璃热辐射、反射、透射技术指标特性与太阳辐射波长有关。为此我们要简单介绍一下太阳辐射和物体热辐射方面的知识。太阳产生的各波段向四周总辐射能强度根据WMO（世界气象组织（WorldMeteorologicalOrganization）1981年公布数据是1368w/㎡，是以0.15~4μm波长的辐射波形式射向地球，其波的构成中有紫外线（波长范围在0.15～0.4μm）占约7%，可见光（0.4μm～0.9μm）约占46%，红外线（0.76-3μm）也有习惯称为近红外线）辐射约占47%。而通过大气吸收到达地表的红外线是高空的辐射60%左右（地面高程不同数据会有区别）。高于绝对0度的物体都会向周围产生热辐射，辐射波长较长，习惯称为远红外线，因此很多材料在接受太阳的近红外线辐射照射后温度升高后又向四周辐射远红外线。加热物体的辐射热是以黑体辐射红外线向外辐射热，黑体产生红外线热辐射的波长与物体的温度有关（400时辐射波长在3.5~50μm之间，1000时的辐射波长在2.5~50μm之间）。普通玻璃对于近、远红外线会产生截然不同的特性，波长0.3～3μm的近红外线的80%以上可以直接透过普通玻璃，而波长3～5μm的红外线透射率非常低了，而大于5μm的红外线波长普通玻璃不能直接透射过去，近乎完全隔离和由玻璃自身吸收（84%吸收率）并再以辐射（辐射率E=0.84）的方式向玻璃两侧散发热量，另一部分通过热传导与表面换热方式传向另一面。图1普通、Low-E玻璃的光谱特性曲线3.2低辐射镀膜（Low-E）玻璃Low-E玻璃是在玻璃表面涂镀一层或几层银金属薄膜或其他化合物组成的膜系列产品，可以改变玻璃的光学和辐射特性，他产生两个非常有用功能，一个是遮阳系数Sc（对近红外线遮蔽特性）可以做到很小，可以达0.2，对于夏热冬暖的南方可以有较好的遮阳功能。另一个指标是低辐射值e变小，对于波长在2.5µm-40µm的远红外热有较好的反射率。对于室内采暖北方地区，Low-E玻璃的辐射率e值越小，辐射热损失小（但导热和表面对流换热和普通玻璃一致，因此Low-E玻璃通常结合中空玻璃应用可以充分发挥其优点）。玻璃的K值越低，隔热保温效果越好。普通透明玻璃的辐射率e为0.84，一般在线生产的Low-E玻璃的e值在0.30-0.16左右；离线单银Low-E玻璃的e值一般在0.15-0.08左右（说明在线热工性能指标较差）；双银5中空Low-E玻璃的e值一般在0.05-0.07左右；三银Low-E玻璃的e值一般在0.02左右。在线Low—E玻璃的制作技术属于化学镀膜，设备和工艺相对简单，产品的技术含量和生产成本都较低；离线Low—E玻璃的制作技术属于真空磁控溅射镀膜，设备和工艺都包含很主的技术含量，产品属于高科技结晶，生产成本很高。Low-E玻璃遮阳系数指标：单银、双银、三银系列，Sc的值在0.2～0.7之间，一般对Low-E玻璃要求是对红外线的遮阳系数尽量小，可见光的通过率尽可能大，因此夏热冬暖地区衡量玻璃特性的一个重要指标是“选择系数”r，γ=透光率T/遮阳系数Sc。而阳光控制镀膜玻璃在遮阳的同时影响可见光透光率，因此它的选择系数r通常小于1，而Low-E玻璃选择系数r通常大于1，指标如下：普通单银Low-E玻璃Sc=0.31～0.641.1r《1.3通常标准取1.2。双银Low-E玻璃Sc=0.25～0.441.3《r1.7通常标准取1.5。三银Low-E玻璃Sc=0.2～0.321.7r《2.2通常标准取2。这个指标说明当Low-E玻璃遮阳系数小时可见光透射率也有影响，如选用Sc=0.4的单银Low-E玻璃时，可见光透光系率T不可能大于52%（0.4×1.3=52%），如果选用双银，可见光透光系率T不可能大于68%（0.4×1.7=68%）。不同玻璃体现了不同特性，我们选用时在不同气候区各项技术指标要求不同，使用错了非但不节能，可能会适得其反。寒冷、严寒地区对玻璃的要求是白天可以充分利用太